Static Modeling of Soft Reinforced Bending Actuator Considering External Force Constraints

执行机构 机器人 超弹性材料 计算机科学 弯曲 控制理论(社会学) 结构工程 工程类 非线性系统 物理 人工智能 控制(管理) 量子力学
作者
Mohammad Hadi Namdar Ghalati,Hamed Ghafarirad,Amir Abolfazl Suratgar,Mohammad Zareinejad,Mohammad Ali Ahmadi-Pajouh
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:9 (4): 776-787 被引量:14
标识
DOI:10.1089/soro.2021.0010
摘要

Soft robots are utilized in various operations such as rehabilitation, manipulation, and locomotion. These robots are sometimes excited by means of rubber based bending actuators, which are highly nonlinear and hyperelastic. In addition, in contrast to robots with rigid links and common actuators, continuous deformation of soft bending actuators in the presence of external forces makes the modeling more complicated. Thus, introducing a proper mathematical framework that accurately describes mechanical behavior of these actuators is still a challenge. In this research study, an analytical static model based on the Neo-Hookean material model is proposed. By resorting to the proposed model, a nonlinear relation between the actuator shape and inlet actuation pressure is extracted. Next, by means of the Euler-Bernoulli beam theory, the effect of external forces on the actuator configuration is investigated. Finally, experimental results are presented to validate the proposed theoretical model. In this regard, first, the actuator nonlinear behavior in a free motion is appropriately verified. Then, the actuator configuration, in the presence of two conventional external forces, called following and fixed direction, is analyzed.
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